plc基本机构.doc

7.2 可编程控制器的基本结构和工作原理7.2.1 可编程控制器的基本结构PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成PLC的结构框图如图7.2所示 图7.2 PLC的结构框图 1． 中央处理器 中央处理单元(CPU)一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序 CPU的主要任务有：控制用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据并存人输入映像寄存器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯等功能。

不同型号的PLC其CPU芯片是不同的，有采用通用CPU芯片的，有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算速度也越快PLC的功能是随着CPU芯片技术的发展而提高和增强的 2． 存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分 系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序固化在ROM内，用户不能直接更改，它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分第一部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令第三部分为标准程序模块与系统调用，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低 用户存储器包括用户程序存储器(程序区)和功能存储器(数据区)两部分用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序，以及用户的系统配置。

用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM(有掉电保护)、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删用户功能存储器是用来存放(记忆)用户程序中使用器件的ON/OFF状态／数值数据等用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一 3． 输入单元可编程序控制器的输入信号类型可以是开关量、模拟量和数字量输入单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入映像寄存器 输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果存放到输出映像寄存器 为防止各种干扰信号和高电压信号进入PLC，影响其可靠性或造成设备损坏，现场输入接口电路一般由光电耦合电路进行隔离光电耦合电路的关键器件是光耦合器，一般由发光二极管和光电三极管组成 通常PLC的输入类型可以是直流（DC24V）、交流和交直流输入电路的电源可由外部供给有的也可由PLC内部提供。

对于直流输入，根据现场输入接口电路形式的不同，分为源型输入和漏型输入两种形式极大部分的欧美品牌的PLC采用漏型输入，而极大部分的亚洲品牌的PLC采用源型输入 PLC通过输入/输出端子与控制对象取得联系的，PLC的输入/输出端子的组织形式通常有三种，即汇点式、分组式和分隔式极大部分的PLC的输入端子采用汇点式，也有的PLC为了增加使用的灵活性采用分组式图7.3和图7.4所示分别为采用汇点式的源型和漏型直流输入电路图 图7.3 PLC源型输入电路图 图7.4 PLC漏型输入电路图 3． 输出单元可编程序控制器的输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量输出单元从广义上分包含两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输出的映像寄存器 PLC运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器输出映像寄存器由输出点相对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯等被控设备的执行元件 输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出则每种输出电路都采用电气隔离技术，电源由外部提供，输出电流一般为1.5—2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。

为使PLC避免受瞬间大电流的作用而损坏，输出端外部接线必须采用保护措施：一是输出公共端接熔断器；二是采用保护电路，对交流感件负载，一般用阻容吸收回路；对直流感性负载用续流二极管 极大部分的PLC的输出端子采用分组式和分隔式对于晶体管输出型还有源型输出和漏型输出两种形式极大部分的欧美品牌的PLC采用源型输出，而极大部分的亚洲品牌的PLC采用漏型输出图7.5所示为采用分组式的PLC继电器输出电路图，图7.6和图7.7所示分别为采用分组式的PLC源型和漏型晶体管直流输出电路图 图7.5 PLC继电器输出电路图 图7.6 PLC漏型晶体管直流输出电路图 图7.7 PLC源型晶体管直流输出电路图4． 通讯接口现代PLC一个显著的特点就是具有通讯功能，目前主流的PLC一般都具有RS485（或RS232）通讯接口，以便连接编程设备、监视器、打印机等外围设备，或连接诸如变频器、温控仪等简单控制设备进行简单的主从式通讯，实现“人一机”或“机—机’’之间的对话一些先进的PLC上还具有工业网络通讯接口，可以与其他的PLC或计算机相连，组成分布式工业控制系统，实现更大规模的控制，另外还可以与数据库软件相结合，实现控制与管理相结合的综合控制。

5． 编程设备编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视 编程器有简易型和智能型两类简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符(指令表)后，才能输入它—般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话 还可以利用微机(如IBM—PC)作为编程器，PLC生产厂家配有相应的软件包，使用微机编程是PLC发展的趋势现在已有些PLC不再提供编程器，而只提供微机编程软件了，并且配有相应的通讯连接电缆 。